Измерение малых мощностей

Терморезисторные ваттметры состоят из двух основных частей:

а) приёмного преобразователя (головка)

б) измерительной схемы

Различают ваттметры проходящей и поглощаемой мощности. Ваттметр проходящей мощности встраивается в передающий СВЧ тракт и измеряет потребляемую мощность в нагрузке; ваттметры поглощаемой мощность сами играют роль нагрузки и фактически измеряют выходную мощность генератора. В качестве терморегулятора в головках применяются термисторы, баллометры.

Ваттметр, основанный на замещении мощности СВЧ мощностью постоянного тока:

Терморезистьр Rt встраивается в головку и устанавливается в СВЧ тракте.

V – Индикатор баланса моста. Рабочая точка терморезистора находится в области Т >Ткомп. Мост перед началом измерения балансируется на постоянном токе, изменяя сопротивление R0, при этом записывается значение тока I1, измеряемое амперметром.

Если R1=R2=R3, то при условии баланса моста через Rt протекает ток I1/2. Мощность, выделяемая в Rt равна: P1= (I1/2)²Rt₀, где Rt₀ – рабочая точка терморезистора R7, включенного в СВЧ тракт, поглащенная им мощность СВЧ излучения будет складываться с мощностью Р1, т.е. тепловое действие СВЧ и постоянные токи будут складываться. Баланс моста нарушен. Для восстановления баланса моста необходимо уменьшить моста до значения I2, при котором мощность постоянного тока Р2 и Rt будет соответствовать условию:

Р2+Рсвч = Р1

Запишем значение тока I2 и вычислим Рсвч из условия:

Преимущество схемы: нечувствительность ваттметра к погрешности ТКС.

Недостаток схемы: нелинейная выходная характеристика.

Двухмостовая схема:

УПТ – усилитель постоянного тока

Rtp – рабочий терморезистор

Rtх – компенсационный терморезистор

I – рабочий мост

II – компенсационный мост

Рабочий терморезистор устанавливается внутри тракта СВЧ. Компенсационный терморезистор устанавливается вне волновода вблизи точки измерения мощности. Оба моста идентичны. Поэтому они балансируются при одних и тех же значениях.

Условие баланса работы моста:

При измерении температура окружающей среды одинаково влияет на оба терморезистора, поэтому равенство сохраняется.

На Ι подали Рсвч, который скомпенсируется при некотром Uр₂:

Модулятор умножает сигналы. Сигнал его выхода по амплитуде пропорционален разности, а длительность пропорциональна сумме. Площадь такого сигнала равна произведению в формуле. Необходимо взять интеграл от сигнала для получения значения произведения.

Для термисторных мостовых ваттметров хорактерны следующие параметры:

1. Погрешность меры- представлена погрешностью источника тока, или погрешностью измерения этого тока.

2. Погрешность преобразования-связана с плохим сопротивление измерительной головки с волновым сопротивлением СВЧ тракта и соответственно погрешностью терморезистора.

3. Погрешность сравнения- погрешность от неравноплечноси измерительного моста.

4. Погрешность отсчетного устройства.

Термоэлектрические ваттметры.

Вместо терморезисторов в ваттметрах могут применяться термопары. Термопары для ваттметров изготавливаются по тонкоплёночной технологии. Такая термопара представляет собой плёнки из висмута и сурьмы, поочерёдно наложенных на полистироловую подложку. Контакт между плёнками обеспечивается только в той точке, где предположительно сформирован горячий слой термопары. Подложка с напылённой термопарой помещается внутри волновода параллельно стенке в плотности колебания вектора E эл. поля.

Измерение большой мощности:

Калориметрический метод.

Суть метода: измерение количества теплоты поглащённой согласованной нагрузкой, которая представляет собой кювету с водой. Как правило измерительная головка выполняется виде кюветы с проточной водой, на входе.выходе которой ставят электронные термометры. Можно сказать, что разность температрур воды на входе.выходе кюветы будет прямопропорционально пооглащенной мощности и обьема расхода воды.

2. Пондеромоторный метод:

Суть метода преобразования эл. энергии СВЧ сигнала в механическую энергию. Существует два способа такого преобразования:

Использование эффекта Лебедева (давление ЭВМ) – если поперек волновода разместить пластину из проводящего материала, подвешенную на тонкой нити, то ЭМИ, отражаясь от пластины, передаст ей механический импульс переменной мощности излучения. Величина импульса оценивается по углу закручивания нити
Внутри волновода помещают на подвесе коромысло с двумя пластинками фольги. Коромысло размещают в плоскости вектора E. Т.к. E меньше оси волновода, то эл. поле будет наводить электрический заряд в стенках волновода и фольги.